固体废物的生物处理和处置技术

第三章 固体废物的生物处理及 处置技术
第一节 概述 第二节 堆肥 第三节 卫生填埋
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第一节 概述
固体废弃物
人类在生产建设、日常生活和其他活动中 产生的，在一定时间和地点无法利用而被丢 弃的污染环境的固体、半固体废弃物质。
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固体废弃物的分类
按性质分类Leabharlann Baidu
有机废物 无机废物
按来源分类
工业固体废弃物 城市生活垃圾 农业废弃物 放射性固体废弃物
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前处理
为堆肥处理提供养分、水分和物理结构尽可 能均匀一致的发酵原料。
分选、破碎、筛分和混合等； 调节水分和养分。
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主发酵
通过微生物的作用，将可生物降解的物质转 变为稳定的物质的过程。
包括升温段、高温段和降温段。
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后发酵
经过主发酵的半成品被送到后发酵工序，将 尚未分解的有机物进一步分解，得到成熟的 堆肥产品。
分解易降解的有机物(如糖类、淀粉、蛋白 质等)，产生大量热能，堆温不断升高，直 至达到45℃左右，这一过程也称发热阶段。
中温型好氧微生物为主，大量生长繁殖，最 常见的是无芽孢细菌和霉菌等；
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高温期(thermophilic phase)
当温度上升到45℃以上时，即进入高温期。 是有机质的分解和有害生物的杀灭最有效 的时期。
有机质的分解量较小，过程较缓慢，有利于腐殖 化。一些复杂的有机质与铁、钙、氮等物质相结 合形成腐殖质胶体(humic colloids)，完成了有 机质的分解和再合成过程。
堆温回复到40℃左右时，表示物料已基本达到稳 定，基本达到腐熟的程度，可以使用或用作配制 复合肥料的原料。
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腐熟堆肥的特征
堆腐肥殖处质理在土的壤产中物，中在含一有定丰条件富下的缓氮慢、地磷分营解养，释物放质出 和有机以物氮质和硫，为故主称的为养堆分肥来供(C给om植物po吸s收t)。。
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腐殖质形成的过程
第一阶段：分解阶段
产生构成腐殖质主要成分的原始材料，即由各种形态和 状态的有机物质组成的混合物，在微生物作用下分解为 各种简单的化合物；
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公众“拒绝垃圾”
2000年3月27日，安徽省发生了由于垃圾污染而引 起公众“拒绝垃圾”的事件。起因是某市郊区有一 个垃圾处理场，1987年初建时，市区人口不足10 万，日产垃圾只有30吨，所以垃圾场周围的居民并 不介意，十几年过去了，随着人口的激增，日产垃 圾增加了10多倍，然而垃圾依旧是简单的堆放而不 作无害化处理，使周围十几个村庄的井水和河流遭 到污染，附近村民饮用了污水，许多人患上了肝炎、 胆肾结石等疾病。用污染的河水灌溉农田，使粮食 受到污染，河塘里鱼虾绝迹。在弄清了罪魁祸首之 后，200多村民封堵了通往垃圾场的道路。
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后处理
进一步的筛选、粉碎等处理，获得高质量的 堆肥产品。
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堆肥设备
立式多层发酵塔、卧式发酵池、筒仓式发酵 仓。回转窑发酵筒等。
水平（卧式）发酵滚筒有多种形式。其中典 型形式为著名的丹诺(Dano)式滚筒。
卧式堆肥发酵滚筒
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丹诺式滚筒是世界各国最广泛采用的发酵设备， 其主要优点是结构简单，可以采用较大粒度的物 料，使预处理设备简单化，物料在滚筒内反复升 高、跌落，同样可使物料的温度、水分均匀化， 达到曝气的目的，可以完成物料预发酵的功能。
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固体废弃物的危害
4 污染土壤
工业废渣及污泥中的有毒化学物质、医院、屠宰 厂矿废弃物中的病原菌因废物堆放而带入土壤， 使土壤遭受污染。在被污染的土壤上种植农作物， 不但使土壤肥力下降，而且使作物吸收、富集有 毒物质，然后通过食物影响人的健康。
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漓 江
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固体废弃物的危害
5、传播疾病
不少固体废弃物和垃圾含有毒有害物质以及病原 体，除通过水、气的媒介传播外，还通过生物来 传播。目前我国90%以上的粪便、垃圾未经无害 化处理，直接倾倒，而且医院、传染病院的粪便、 垃圾也混入普通粪便、垃圾之中，广泛传播肝炎、 肠炎、痢疾以及各种蠕虫病（寄生虫病）等。
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固体有机废物的处理和处置原则
资源化
有机固体废物被称为“放错地点的原料”，或 “二次资源”或“再生资源”，可用于生产生物 能源、生物肥料和饲料。
无害化
杀灭或去除固体废弃物中的病原菌、害虫和寄生 虫、杂草种子和有害化学物质。
减量化
经过最终处理，处置的部分能减量到最少的程度。
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处理有机固体废物的方法
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固体废弃物的危害
2、污染大气
有机物在微生物分解过 程中发生恶臭；
细颗粒的废弃物、运输 和处理过程中产生的有 害气体和粉尘，都可随 风飘散；
工业废弃物煤矸石含全
硫量达1.5%时会自燃，
达3%以上就会发火，放
出大量的二氧化硫。
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固体废弃物的危害
3、占用土地
固体废物不加利用时，需占地堆放。 每堆积1万吨废物，占地约需1亩。
类型
多氯二苯并二恶英 （简称PCDDs）；
多氯二苯并呋喃 （简称PCDFs。
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二恶英
多氯二苯并二恶英（简称PCDDs）有75种异 构体，多氯二苯并呋喃 （简称PCDFs），有 135种异构体。
国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌 物。“二恶英” 常以微小的颗粒存在于大气、 土壤和水中，主要的污染源：化工冶金工业、 垃圾焚烧、造纸以及生产杀虫剂等产业。
堆肥处理的优点
有机废物分解并达到稳定化
易腐败的有机废物和有毒废物被转化为比较稳定 的物质，体积大大缩小(40％－60％有机质被分 解) ，便于处置和运输。有毒化学品(如农药) 形 成腐殖质，消除毒性。
干化作用
人粪尿、动物粪便和污泥含水达80％－95％， 经过堆肥处理，大大降低其含水率。
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堆肥处理的优点
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城市生活垃圾
又称为城市固体废物，它是指在城市居民 日常生活中或为城市日常生活提供服务的活 动中产生的固体废物。
❖主要特点：数量巨大、处理率低；成分 复杂，有机物含量高。
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城市生活垃圾
固体废弃物的现状
城市生活垃圾
城市垃圾已成为一个世界性的公害。全世界每年 产生的4.9亿吨垃圾中，中国城市就占到1.3亿吨。
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第三节 生态填埋
填埋
填埋(sanitary landfill)始于20世纪60年代， 是进行固体废物最终处置的较为理想的方法 之一，它是由传统的废物堆放和填地技术发 展起来的一种处置技术。
优点：投资少，容量大，见效快。
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生态填埋
主要是利用工程手段，采取有效技术措施， 防止渗滤液及有害气体对水体、大气和土壤 环境的污染，使整个填埋作业及废物稳定过 程对公共卫生安全及环境均无危害的一种土 地处置废物的方法。
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堆肥
根据堆肥过程中微生物对氧气的要求不同分 类
好氧堆肥法 厌氧堆肥法
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好氧堆肥
在有氧条件下，通过好氧微生物的作用使 有机废弃物达到稳定化，转变为有利于作物 吸收生长的有机物的方法。
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好氧堆肥的微生物学过程
根据温度变化和微生物生长情况，分为 中温期、高温期、腐熟期三个时期。
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中温期(mesophilic phase)
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第二节 堆肥
堆肥处理
堆肥处理(Composting)的概念 依靠自然界广泛分布的细菌、放线茵、真菌等微生
物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖 质转化的微生物学过程。堆肥处理的产物称作堆肥。
有机质 微生物 无机物、矿物质+腐殖质+能 腐殖质是土壤有量机质的主要部分。是黑色的、无定形
的、酸性、含氮量高的胶体状的高分子有机化合物。
高温型好氧微生物成为优势种。主要是好热性 细菌、放线菌和真菌的一些种群； 杀灭病原生物，50－60℃持续6－7d，可有 效杀灭虫卵和病原菌。
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堆肥
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腐熟期(maturation phase)
腐熟期内，中温型微生物又成为优势微生物类型。 残余有机物被分解，腐殖质不断积累，堆肥处理 进入腐熟阶段。
杭州市机械化堆肥处理技术
前处理
一次发酵
后处理
二次发酵
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武汉市机械化堆肥处理技术
武汉市生活垃圾堆肥厂设在北郊塔子湖边。该工艺采 用先发酵，后分选的工艺。设备投资及操作费用低， 且全料进仓发酵，从无害卫生化角度看比较有利，但 发酵仓容积的有效利用率及堆肥产品降解率较低。
卧式 达诺 滚筒 发酵 的堆 肥化 系统
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Concept illustration of a Typical Sanitary Landfill Site
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生态填埋
处理原理
与堆肥原理相同，均利用好氧微生物、兼性厌氧 微生物和厌氧微生物处理。
生态填埋
填埋场处置原则
区别对待、分类处置、严格管制危险废物和放射 性废物原则； 最大限度将危险废物、放射性废物固体废物与生 物圈相隔离； 集中处置原则。
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生态填埋
主要特征
防渗层：将渗滤液与周围环境隔离。 渗滤液回收及处理系统：渗滤液收集及后处理。 填埋场气体收集及利用系统：对填埋场产生气体 的收集及利用。
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填埋场地的建设
1、填埋场地选择
规模：合理确定填埋面积：一般满足10年以上； 交通：运输距离适中，并有全天候公路； 土质与地形：土质防渗能力强，地形利于泄洪； 气候：蒸发大于降水，尽量背风； 水文：地下水距填埋物大于1.5m； 噪音：不影响附近居民； 开发：封场后要便于开发利用。
表面呈白色或灰白色，内部呈黑褐色或棕黑 色；
秸秆和粪块等完全腐熟，质地松软，无粪臭， 散发出泥土气味，不招引蚊蝇；
pH8-9，呈弱碱性。
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厌氧堆肥
类似废水厌氧处理过程，包括三个阶段：
水解阶段 产氢产乙酸阶段 产甲烷阶段
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好氧堆肥工艺
前处理
主发酵 （一次发酵）
后处理
后发酵 （二次发酵）
杀灭有害生物
堆制过程释放大量热能，堆温较高。据测定，60 －70℃维持3d，可使脊髓灰质炎病毒、病原细 菌和蛔虫卵失活。 堆温50－60℃，持续6－7d，即可杀灭病原和虫 卵。
堆肥是植物良好的肥料和土壤改良剂
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堆肥处理存在的问题
堆肥质量不易稳定； 原料来源不同、随季节变化，给标准化处理
带来困难； 氮的损失较大，肥效下降； 消耗动力较多，能量不能回收。
处理方法
类型
应用
堆肥法、厌氧发 生物处理法 处理可生物降解的
酵法和填埋法
有机固体废物
焚烧法
处理不可随意排放 化学处理法 的危险性废物以及
生活垃圾等
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焚烧炉示意图
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垃圾焚烧
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深圳垃圾发电厂
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❖垃圾焚烧存在的 问题
二恶英
二恶英(Dioxin)，是一种无色无味、毒性严重的脂 溶性物质，它指的并不是一种单一物质，而是结构 和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大 类有机化合物。
第二阶段：合成阶段
即由微生物为主导的生化过程。将原始材料合成腐殖质 的单体分子，进而再通过聚合作用形成不同分子量的复 杂环状化合物。
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堆肥用途
可以用作农田、果园、菜园、苗圃、庭院绿 化、风景区绿化等的种植肥料，
可以作蘑菇盖面、过滤材料、隔音板及制作 纤维板等。
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Mushrooms (Agaricus bisporus) growing in compost.
污水处理厂干污泥
每年产生约2×105t，以湿污泥计约为(38-50) l05t，且以每年20％的速度增长。
农业废弃物
作物秸秆、草木枝叶等。作物秸秆每年产量约 （5-6)l08t。 集约化畜禽生产，粪便年排放量约18.8×108t。
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固体废弃物的危害
1、污染水体
垃圾、废渣随雨水径流而进入地面水体； 垃圾、废渣中的渗漏水，通过土壤进入地下水体； 细颗粒的垃圾、废渣还能随风飘扬落入地面水体， 有些城市竟将垃圾、废渣直接倒入湖泊、河流或 海洋造成更严重的污染。
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白色污染-塑料
到2000年已达到2亿吨左右，并且还在以每 年30%的速度递增。
塑料制品一旦进入环境就会长期存在，尤其 是在土壤中。
它们在土壤中既不分解，也不腐烂。
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垃圾场旁的 铁丝网上飞 扬的塑料袋
限塑令
腊芙运河垃圾案件
1947年，美国胡克化学公司在尼亚加拉瀑布城附近的腊芙 运河（Lover Canal）的废河谷里填埋固体废物。1953年， 废河谷被2万吨垃圾填满后，改场地以1美元的价格专卖给了 当地政府。当地政府在上面修建学校和运动场，建立住宅区。 几年后，这里出现地面塌陷，儿童皮疹患者增多等现象。纽 约州卫生部门对居民健康状况作了调查，发现早产新生儿缺 陷、癫痫、肝障碍等发病率高。1978年，纽约环境部门对 当地的空气、地下水和土壤进行检测，发现六六六、氯苯、 2等82种有毒物质，其中11中是致癌物质。1978年8月，美 国总统宣布该地区处于“卫生紧急状态”，并疏散居民，关 闭学校。